電圧不平衡における配電系統の電力品質向上 E02058 杉山潤指導教員１．はじめに藤田吾郎るが，これは電気鉄道による電圧不平衡率であり，一般的電気設備からみて高品質な電力とは，電圧・周波数が所定の値に維持され，波形ひずみのないことである。社会シな電力品質や系統においての電圧不平衡率は規定されていない。ステムが大規模化，複雑化している現在，停電，瞬時電圧低下，電圧変動などの電源品質に起因した経済損失の大きさは，2003 年 8 月の北米・カナダ大停電事故でも明らか [1] 3．研究方法図 1 のような 1MW 小規模需要家を想定して， A 系統さらに最近では，パワーエレクトロニクス応と B 系統の U，V，W の三相配電系統において単相負荷用機器の普及に伴う高調波問題や電磁波障害が顕在化すを接続し，需要家構内の電圧不平衡率を図 2 のることに加え，環境問題や化石燃料の枯渇化や電力の規制 MATLAB/simulimk を用いて算出する。単相負荷の接続緩和に伴い次世代エネルギーとして風力，太陽光，燃料電パターンを表 1 に示し，シミュレーション条件を表 2 に池などといった「新エネルギー」の普及により需要化構内示す。MATLAB/simulimk では図 3 に示すように Y 結線においての電圧不平衡の増加により，いっそう電源品質のの三相交流において相電圧から線間電圧を求め，各イン確保は困難となり重要な課題と認識されてきている。ピーダンスで割り，線間電流を求め，相電流を出力するとである。本研究では低圧系統において分散型電源（太陽光発電，いう一連の流れを一つのブロックで計算をしている。燃料電池）が大規模導入された場合を想定して電圧不平衡の発生，抑制と対策および調査を行っていき，低圧系統に 100m 100m 100m 200kVA 300kVA B C D Single 3-phase 3-phase Load Load Load 100m おける電力品質の向上を目的とする。 200kVA 2．電圧不平衡 300kVA 100m 三相交流電圧が三相間において振幅の大きさ，または A 位相差 120°が異なる状態である。電圧不平衡率は次式で表すことができる。 Single Load 電圧不平衡率(%)=逆相電圧/正相電圧×100 図1 本研究では逆相電圧と正相電圧は対称座標法により算 1MW 小規模需要家モデル出した。電圧不平衡率の発生原因として，送電線のイン表 1 単相負荷接続 CASE ピーダンスの不平衡率，配電線の柱状変圧器や負荷のばらつき，需要家の大容量単相負荷の使用があげられる。電圧 CASE 不平衡の影響としては人災に繋がる様な大きな事故とい 1 2 3 4 5 6 7 8 9 うのは今現在報告されてないが，送電線の付近の通信線に誘導障害，電気機器に対して誤作動を引き起こす。 [ 2] 系統における基準値としては電気設備の技術基準省令第 55 条により，電技の解釈の第 260 条において，交流式電気鉄道の単相負荷による電圧不平衡率の限度は，その変電所の受電点において 3%以上であることとなっている。この 3%が今現在日本での雄一の電圧不平衡の限度値であ U-V ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ System A V-W W-U ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ × ○ × × × × × × × U-V ○ ○ ○ × ○ ○ ○ × × System B V-W W-U ○ ○ ○ × × × × × ○ × × × × × ○ × × × 続している。これより，各系統における不平衡率というのは同じであったが，合計の不平衡率は CASE7 に比べて CASE8 の方が低下しており，同相に単相負荷を接続していくと不平衡率が増大するという結果が得られた。図 2 MATLAB/simulink モデル I& U U U V& U V&W V W V&V I& V W V I& W I& V& Load Block 図 4 シミュレーション結果 5．まとめ V&UV V&U 1 Z& I& UV I& U V& 同相に単相負荷が集中的に接続されると不平衡率が増 I& V&V Y-Δ V&VW 1 Z& I& VW Δ-Y I& V V&WU 1 Z& I& WU I& W V&W 大することがこのシミュレーションで判明した。 NEDO(新エネルギー・産業技術総合開発機構)でも太陽光発電システムを配電系統に局所集中的に導入された場合における検証を行っているが，そこでも同相に太陽光発電が導入された場合に対しての検証を行っている。図 3 MATLAB/simulink の三相不平衡の計算方法 [ 3] 今回のシミュレーションでは単相負荷のみでの検証を行ったが，小規模な発電機(太陽光発電，燃料電池)を付け表 2 シミュレーション条件 Standard power Standard voltage Standard impedance Single load volume High voltage system 1[MW] 6.6[kV] 43.56[Ω] 加えた場合を検証するとともに，電圧不平衡率を抑える調 Low voltage system 相設備を導入したシミュレーションを行い，現実的な大規模モデルの構築に繋げていきたい。 200[V] 0.04[Ω] 50[kW] 4．検討結果図 4 に今回のシミュレーション結果を示す。CASE5~9 では A 系統，B 系統で不平衡率が増大したとしても，合計の不平衡率として換算すると減少していることがこの結果からわかる。注目されるべき点が CASE7 と CASE8 である。CASE7 では A，B 系統共に同相に単相負荷を接続しているのに対して，CASE８では異相に単相負荷を接参考文献 [1]中島廣一，「電源品質問題の現状と対策」，電気設備学会誌，Vol.24，No4，2004 [2]小西博雄，「電圧・電流の不平衡とその対策」，電気設備学会誌，Vol.24，No.4，2004 [3]「集中連系型太陽光発電システム実証研究」，独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構の Web サイト http://www.nedo.go.jp/